为了明确氧碘化学激光器腔镜损伤的原因, 对腔镜表面的缺陷进行了研究。利用扫描探针显微镜观察了激光器腔镜表面缺陷, 分析了腔镜表面微观形貌, 讨论了常见缺陷的形状及成因。然后, 建立了简化的带污染物腔镜的模型。利用COMSOL Multiphysics软件对环形光束辐照腔镜进行了仿真计算。最后, 给出了缺陷大小、功率密度和腔镜表面温度的关系, 分析了吸附层对腔镜熔融损伤的影响。计算结果表明: 腔镜表面污染物大小不变时, 激光辐照的功率密度越大, 温度增长越快, 薄膜表面越容易出现熔融损伤; 腔镜表面污染物半径达到2.3 mm时, 腔镜薄膜即可出现熔融损伤。另外, 吸附层吸收系数增加1%, 腔镜最高温度增加约210 K。本文所得结论可为分析腔镜损伤原因和制定腔镜更换依据提供参考。

基于漫透射CCD成像法原理,建立了固体激光瞬时光斑时空分布测量系统。开展了该测量方法的可行性验证实验,能够精确地获得激光远场光斑图像,并运用Matlab软件对测量数据进行处理,得到激光远场光斑半径、光束质量、质心位置、光轴抖动、光强分布以及平均功率密度等参数。实验结果表明: 利用漫透射CCD成像法测量固体激光远场瞬时光斑时空分布是可行的,测试系统采集频率可达120 Hz。该方法具有高分辨率、高帧频、低成本、使用方便的突出优点,能同时实现激光强度分布和功率的测量,测量功率误差小于2%。

压力恢复系统是目前高能化学激光器的关键部件, 它的总压损失会影响到整个激光器系统的出光能力和全系统的体积重量等关键技术指标。为了研究燃烧驱动CW DF/HF化学激光器总压损失, 从一维气体动力学进行了理论分析。分析在激光器增益发生器内引起总压损失的主要因素, 是研究高压力恢复激光器增益发生器的基础。主要讨论了引起总压损失的两个主要原因: 第一, 由于粘性摩擦引起的总压损失;第二, 由于光学谐振腔中化学反应放热升温引起的总压损失。计算结果表明, 燃烧升温对系统的压力恢复能力有较大的影响。

在片上光互连系统中, 电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用, 是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器, 其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势, 通过理论计算, 其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时, 基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成, 从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。

利用飞秒激光辐照结合湿法腐蚀方法，制备了高纵横比硅基狭槽。首先利用透镜聚焦飞秒激光至硅片表面，在硅内部诱导结构变化；再结合氢氟酸(HF)溶液选择性腐蚀去除结构变化区域，从而制备出高纵横比硅基狭槽；最后，通过光学显微镜和扫描电子显微镜对狭槽形貌进行表征，研究了狭槽纵横比对激光加工条件如激光功率、扫描速率和数值孔径的依赖特性。结果表明，激光加工条件对于制备高纵横比硅基狭槽存在最优选择。通过优化激光加工参数，可制备出深度为291 μm，纵横比为25.3 的硅基狭槽。相对于显微物镜，透镜的工作距离较大，加工过程可以避免镜片污染，且具有成本低，通光孔径大等优点。

设计了一种基于InP材料的纳米光栅耦合器, 运用FDTD算法分析了周期长度、刻蚀深度以及占空比变化时该光栅耦合器的耦合效率。计算结果表明, 周期长度为800 nm, 刻蚀深度为0.3 μm, 占空比接近0.5时, 耦合效率可以达到13％。本文所设计的光栅耦合器对构建基于InP材料的谐振腔、激光器和陀螺结构具有一定的理论指导意义。

基于量子相干效应中的电磁诱导透明，设计了一种四环级联谐振腔结构，并对其产生的耦合诱导透明现象进行了理论分析.利用时域有限差分法和束传输法对结构的关键参量进行了仿真模拟，采用电子束光刻与感应耦合等离子刻蚀工艺相结合的方式完成了结构的加工制备.实验中利用垂直光栅耦合法对结构进行测试，测试结果表明：由于相消干涉，该结构可以引起一个狭窄的透明峰；每个环形腔之间相互干涉，产生了两个透射峰，从而实现对光传输的延迟，其中一个透射谱半高全宽为0.022 nm，对应的品质因数为0.72×105，且两个谐振峰之间的距离相隔0.084 nm.波导直通端与下载端的谐振谱线吻合，与理论分析相符.

为在硅基光波导上实现类电磁诱导透明效应, 设计并加工了基于绝缘体上硅的串联双环结构.通过300℃到1 200℃热氧化退火、缓冲刻蚀液湿法腐蚀以及1 000℃高温氮气退火等波导结构的后期处理, 利用垂直光栅耦合的方式输入及输出信号, 观测到了类电磁诱导透明效应.分析了两环间不同间距对类电磁诱导透明效应的影响,结果表明: 工艺中单环Q值达到5.1×104, 类电磁诱导透明效应透明峰的带宽约为500 MHz.

针对高频电光调制器的应用需求，提出了一种基于绝缘体上硅微环谐振腔的PIN型电光调制器.利用散射矩阵法描述了微环谐振腔谐振特性机理，结合等离子体色散效应中载流子浓度对硅有效折射率变化的影响，系统分析了微环谐振腔电光调制器的理论模型.在此基础上，利用Rsoft仿真软件对脊型波导截面光场分布进行了仿真分析，得到了光场局域性能较优的脊型纳米波导微环谐振腔设计；结合Sentaurus TCAD仿真软件对不同掺杂浓度下的PIN型二极管性能进行了仿真计算，理论得出了Q值仅为5×103时频移量达58.74 GHz的微环谐振腔最优电光调制器结构，为电光调制器的深入研究提供了理论参考.

利用天空背景测量设备测量了西北地区的天空背景亮度,给出了该地区典型时刻的全天空背 景亮度等值线分布,并进行了对应的背景光谱亮度比重分析；基于MODTRAN软件进行了对应时 刻的天空背景亮度模拟计算,进行了比对分析。分析结果表明：西北地区的背景光谱分布相 对于理论分布来说变化较缓,白天对空间目标观测采用窄带滤波能有效提高光电系统的探测 能力; MODTRAN软件模拟计算的天空背景亮度在偏离太阳方向与该地区实测数据基本吻合,随 着天顶角的减小误差也在减小,但在靠近太阳位置存在一定差距。